高大空间建筑现状及供暖需求

(一)高大空间建筑现状

高大空间，顾名思义就是层高较高、空间较大的建筑空间。

《中国土木建筑百科大辞典》则把大空间建筑定义为：“屋顶结构的跨度在80m以上的空间建筑，在这个范围内，有一些高大空间建筑由于功能要求，要求建筑内部空间必须是完整的无柱大空间，将这种建筑称为大空间建筑;《中国大百科全书•建筑园林城市规划》中，大跨度结构是指横向跨越 30m 以上空间的各类结构形式的建筑，多用于民用大型公共建筑和大跨度工业建筑中;《大空间建筑空调设计及工程实录》认为：“空间高度大于5m，体积大于1万m3的建筑被称为大空间”。

近几年，我国高大空间建筑得到了突飞猛进的发展，一批新的高大空间建筑雨后春笋般涌现。在建的或者已建的公共建筑中，大多数都属于高大空间建筑，每年竣工的高大空间建筑达2亿平左右，且仍以近10%的速度增长。

高大空间建筑在公用、民用建筑方面主要是有影剧院、音乐厅、大会堂、体育馆、展览馆等建筑。在工业建筑方面主要有工业车间厂房、船舶制造安装、航空航天测试组装等等。

高大空间建筑在其发展中，主要呈现几个特点：一是嵌套类高大空间建筑增加。例如大型综合体、航站楼、火车站等高大空间建筑，在建筑内部嵌套多种小空间建筑，类型繁多、致使空间结构复杂，二是连通类大空间建筑发展迅速。多个高大空间经由不同的开口相互连通起来组成的建筑，这是最近几年新兴起来的建筑形式。三是同一高大空间使用功能不同。表现比较突出的是体育建筑，比如游泳场馆的泳池和观众席、乒乓球场馆也是如此，还有大型剧场、影剧院等在同一空间不同位置需求差异较大。随着我国经济的持续增长，工业科技水平和人民生活水平的不断提高，对高大空间建筑的供暖通风空调需求表现出由量向质转变的特点。

(二)高大空间建筑供暖(负荷)特点

前面我们对高大空间建筑进行了定义，在工程建设中要达到或满足高大空间建筑供暖的要求，下面我们分析一下高大空间建筑供暖的特点，看看与一般建筑有什么区别：

1、建筑规模大，致使散热负荷大。

(1)建筑外墙对流热交换量大。

高大空间建筑四周外墙的面积比大，致使换热面积加大，室外环境通过大面积的外墙与室内空间环境进行热交换。其主要的方式是自然对流，当室外环境温度较低时，就会在空间建筑的外墙处形成下沉的冷气流。使得建筑外墙对流热交换量大。

(2)大门、天窗冷风渗透量大。

高大空间建筑相对于一般建筑来讲大门、大窗增多，有些建筑还设有天窗。由于大空间建筑室内外温差产生的热压较大，冷风侵入和冷风渗透耗热量就更大。在高大空间工业建筑中问题尤为突出，对于北方冬季风力较大的地区会增加大量负荷。

(3)负荷计算保守致使热负荷增大

对于高大空间建筑的热负荷计算方法没有新的进展，还是传统的高度附加、热指标估算等。在采用建筑面积热指标进行估算热负荷时，针对建筑围护结构的保温性能、其他部位的耗热量等因素一般还要增加适当的保险系数，在这种情况下计算出来的冬季热负荷比通常增大。

2、建筑空间大，致使气流分布复杂

建筑空间高度高，热分层现象严重，已经成为高大建筑广泛存在的物理现象。建筑空间的高度对温度分层形式及状况有很大影响，实践表明，随着高度的增加，温度分层现象更加突出。一般可达0.5~1℃/m，特别是层高在10m以上的建筑，房顶下空气温度可达三十多摄氏度或更高，但往下部温度却越来越低，人停留的2m以下工作区域空气温度有的只有3℃～5℃。

再有，高大空间建筑的照明设备大多布置在顶棚上部，照明设备产生的热量将直接散发，加之高大空间建筑有热分层的特点，直接造成建筑上部温度较高。这也意味着高大空间上部的热堆积量加大;这种热量堆积成为一种干扰因素，严重影响气流组织分布的设置，使工作区达不到预期的热湿环境要求。

3、建筑内需求不同，供暖差异性大。

高大空间建筑由于内部使用功能不同，对环境参数的要求也不同，供暖参数的变化，造成了高大空间建筑内部空间负荷所占比例的不同。如近几年兴起的大型综合体建筑、在综合体内部会有具备各种功能的建筑，商场、餐饮、游乐、演出等等，供暖要求不同其负荷也不尽相同，所占的比例差异性较大。通常还要考虑空调系统的设置，增加了系统的复杂性。再有、在会展中心、体育中心等建筑需要进行演出、展示等多功能使用时，临时设置舞台，活动座椅等，其供暖负荷也不尽相同，所占的比例差异性较大

从另一个角度分析。高大空间人均占有空间体积大，从卫生角度上看是良好的，可以适当调整换气次数，减少通风换气量。

4、建筑功能变化，致使运行方式不同。

高大空间建筑的供暖方式主要分为间歇性使用和不间断使用两种类型。在进行工程设计时就要充分考虑这一点。在确定采用哪种运行方式时，主要根据建筑内部人员的活动特征，运动特点以及环境温度要求来决定。不同的运行方式采用的技术方案区别很大，可以直接影响室内环境质量和运行的能源消耗。比如音乐厅、大剧院、会堂等虽然使用功能单一，但运行要求却有很大区别。

(三)高大空间建筑供暖需求及存在的难题

1、高大空间建筑供暖需求

高大空间建筑供暖就是在满足供暖要求的前提下，提高人体的舒适感、在提高大空间整体建筑环境热舒适性的同时并能达到节约能源的目的。

目前，高大空间公共建筑形式多样、功能复杂，与之配套的供暖系统设计面临着诸多新的挑战。供暖设计方案不仅要满足使用要求、安全需求，还应兼顾运行节能，因此在设计中对各关键点必须明确并予以优化。

近年来，由于现代建筑设计思想的发展以及社会发展的需要，高大空间建筑发展迅速，数量和体型庞大，功能要求多样，依靠传统的设计经验难以满足使用要求，需要在供暖方式上进行有效的改进。眼下、利用高大空间建筑特性，降低大空间建筑的整体能耗是供暖专业的一项重要任务。

2、高大空间建筑供暖技术路线

高大空间建筑的出现使高大空间供暖技术应用成为一种客观的需求。根据不同类型高大空间建筑的供暖特性、功能设置、供暖需求研究确定经济、合理的技术路线以及安全的供暖系统是设计师的根本职责。

高大空间建筑建筑规模大，散热负荷大、气流分布复杂，热分层、热堆积现象严重，加之建筑内部需求不同，供暖差异性大，其运行方式也不尽相同。因此必须根据高大空间建筑的供暖特点确定技术路线。要根据建筑类型及供暖需要，在保证使用效果的前提下确定适宜的供暖方式，系统设置要安全可靠、便于运行维护，合理利用高大空间的供暖特性，提高能源利用效率。

前面我们分析了制约高大空间建筑供暖的因素，根据高大空间建筑供暖的特性、供暖需求确定了应该采取的技术路线，对于制约高大空间建筑供暖的一些瓶颈问题我们还要有深刻的认识：一是计算负荷与实际运行偏差大。 传统的高度附加、热指标估算等热负荷计算方法、计算结果与动态的供暖现状偏差很大，在实际工程中上部空间热堆积对四周的辐射影响、多栋相连建筑之间的热量转移等，增加了精准计算负荷的复杂性。 二是气流组织难以形成规律。高大空间温度梯度大，分层现象严重;大面积的外墙与室内空间对流时形成的下降冷气流;大空间内不同的开口位置以及天窗形成的烟囱效应，在一个大空间内温度分层自然对流、烟囱效应同时存在，致使气流组织难以确定和控制。三是供暖管道设备布置困难。由于大空间供暖负荷大，采用散热器供暖方式时，暖气片布置困难;采用地板供暖方式时，要对基础隔热、地面散热及承载进行特殊处理;采用垂直送风、水平送风以及燃气辐射供暖时也要对管道、设备安装做到安全可靠。